DE102017205695A1 - Method for determining an armature stroke of a fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Ankerhubes (A-A) eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor. Während eines Öffnens eines Schaltventils des Kraftstoffinjektors werden ein Gesamtsignalabfall (G) des Nadelschließsensors und ein Signaleinbruch (S) innerhalb des Gesamtsignalabfalls (G) ermittelt. Aus einem Verhältnis zwischen dem Gesamtsignalabfall (G) und dem Signaleinbruch (S) wird der Ankerhub (A-A) ermittelt.The invention relates to a method for determining an armature stroke (A-A) of a fuel injector with a piezoelectric needle-closing sensor. During opening of a switching valve of the fuel injector, a total signal drop (G) of the needle closing sensor and a signal dip (S) within the total signal drop (G) are detected. The armature stroke (A-A) is determined from a ratio between the total signal drop (G) and the signal dip (S).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Ankerhubes eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Ankerhub eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor mittels des Verfahrens zu ermitteln.The present invention relates to a method for determining an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle closing sensor. Furthermore, the present invention relates to a computer program which is set up to carry out each step of the method according to the invention and to a machine-readable storage medium on which the computer program according to the invention is stored. Finally, the invention relates to an electronic control unit which is set up to determine an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle-closing sensor by means of the method.
Stand der TechnikState of the art
Der Ankerhub eines Kraftstoffinjektors für die Common-Rail-Einspritzung von Kraftstoff kann auf 1 µm genau eingestellt werden. Durch Verschleiß, durch Laufzeiteffekte und durch verschiedene Betriebsbedingungen, kann der tatsächlich vorliegende beziehungsweise erreichte Ankerhub aber wesentlich stärker streuen. Dabei sind insbesondere zu kleine Ankerhübe für die Injektorfunktion problematisch, weil sie zu Sitzdrosselung und damit deutlich reduzierter Einspritzmenge führen können. Ein zu hoher Ankerhub ist bezüglich Verschleißerscheinungen problematisch.The armature stroke of a fuel injector for the common rail injection of fuel can be set to 1 micron accurate. Due to wear, runtime effects and various operating conditions, the actually present or achieved anchor stroke can scatter much more. In particular, too small anchor strokes are problematic for the injector function because they can lead to seat throttling and thus significantly reduced injection quantity. Too high anchor stroke is problematic with respect to wear.
Die Auswertung des Signals eines piezoelektrischen Nadelschließsensors (Needle Closing Sensor; NCS) erlaubt einen Rückschluss auf den Ankerhub. Die Verwendung eines solchen piezoelektrischen Nadelschließsensors wird in der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
In dem Verfahren zum Ermitteln eines Ankerhubes eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor werden während eines Öffnens eines Schaltventils des Kraftstoffinjektors ein Gesamtsignalabfall des Nadelschließsensors und ein Signaleinbruch innerhalb des Gesamtsignalabfalls ermittelt. Aus einem Verhältnis zwischen dem Gesamtsignalabfall und dem Signaleinbruch wird der Ankerhub ermittelt. Bei dem Kraftstoffinjektor handelt es sich insbesondere um einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor für die Kraftstoffdirekteinspritzung.In the method for determining an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle-closing sensor, a total signal drop of the needle closing sensor and a signal drop within the total signal drop are determined during opening of a switching valve of the fuel injector. The armature stroke is determined from a ratio between the total signal drop and the signal dip. In particular, the fuel injector is a common rail fuel injector for direct fuel injection.
Das Verfahren ermöglicht die Ermittlung des Ankerhubes auch dann, wenn der piezoelektrische Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors nicht bekannt ist. Damit kann in einem Werk bei der Vermessung hydraulischer Prüfpunkte des Kraftstoffinjektors zum einen der Abstand zur Sitzdrosselgrenze bestimmt werden und zum andern können auch Kraftstoffinjektoren mit zu großem Ankerhub identifiziert werden. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren das Ankerdriftverhalten im Betrieb zu überwachen um dann gegebenenfalls entsprechend gegenzusteuern.The method allows the determination of the armature stroke even if the piezoelectric longitudinal effect of the needle closing sensor is not known. This can be determined in a factory in the measurement of hydraulic test points of the fuel injector on the one hand, the distance to the seat throttle limit and, secondly, also fuel injectors can be identified with too large anchor stroke. In addition, the method allows to monitor the armature drift behavior during operation in order to then counteract accordingly if necessary.
Auf Grund hydraulischer Effekte kommt es bei der Aufwärtsbewegung des Ankers während des Schaltventilöffnens kurz vor Erreichen des Hubanschlages zu einem Innehalten der Ankerbewegung. Im Signal des Nadelschließsensors macht sich dieses Innehalten der Ankerbewegung, insbesondere bei kleinen Ankerhüben, als Signaleinbruch bemerkbar. Die Ausprägung des Signaleinbruches hängt vom Ankerhub ab. Mit abnehmenden Ankerhub nimmt die Ausprägung zu, bei größeren Ankerhüben ist kein Signaleinbruch mehr erkennbar. Dabei kann der Ankerhub insbesondere im Bereich von 10 µm bis 30 µm liegen. Der quantitative Signaleinbruch hängt neben dem Ankerhub auch noch vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors ab und kann deshalb nicht direkt zur Bestimmung des Ankerhubes herangezogen werden. Wenn man allerdings den Signaleinbruch mit dem Gesamtsignalabfall während des Öffnungsvorganges (dieser ist proportional zum Ankerhub) ins Verhältnis setzt, ist das resultierende Verhältnis allein vom Ankerhub abhängig und nicht mehr vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors.Due to hydraulic effects, during the upward movement of the armature during switching valve opening shortly before reaching the stroke stop, the armature movement stops. In the signal of the needle closing sensor, this pause of the armature movement, in particular in the case of small armature strokes, becomes noticeable as a signal collapse. The severity of the signal dip depends on the armature stroke. With decreasing armature stroke the expression increases, with larger anchor strokes no signal collapse is recognizable. In this case, the armature stroke can be in particular in the range of 10 microns to 30 microns. The quantitative signal collapse depends not only on the armature stroke but also on the piezoelectric longitudinal effect of the needle-closing sensor and can therefore not be used directly for determining the armature stroke. However, if one compares the signal drop with the total signal drop during the opening process (this is proportional to the armature stroke), the resulting ratio depends solely on the armature stroke and no longer on the piezoelectric longitudinal effect of the needle closing sensor.
Der Gesamtsignalabfall kann insbesondere als Differenz zwischen einem elektrischen Signal des Nadelschließsensors bei geschlossenem Schaltventil und einem lokalen Minimum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil ermittelt werden. Das elektrische Signal des Nadelschließsensors bei geschlossenem Schaltventil beträgt idealerweise null. Durch Entspannung des Piezoelektrischen Elements des Nadelschließsensors beim Öffnen des Schaltventils wird ein negatives elektrisches Signal erzeugt.The total signal drop can be determined, in particular, as the difference between an electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is closed and a local minimum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open. The electrical signal of the needle closing sensor with closed switching valve is ideally zero. By relaxing the piezoelectric element of the needle closing sensor when opening the switching valve, a negative electrical signal is generated.
Der Signaleinbruch wird insbesondere als Differenz zwischen dem lokalen Minimum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil und einem lokalen Maximum des elektrischen Signals des Nadelschließsensors bei geöffnetem Schaltventil ermittelt.The signal collapse is determined in particular as the difference between the local minimum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open and a local maximum of the electrical signal of the needle-closing sensor when the switching valve is open.
Bei dem elektrischen Signal kann es sich um eine an dem Piezoelement anliegende Spannung handeln. Wenn das Piezoelement über einen niederohmigen Widerstand angeschlossen ist, so kann anstelle der Spannung der vom Piezoelement abgegebene Strom als elektrisches Signal verwendet werden. The electrical signal may be a voltage applied to the piezoelectric element. If the piezoelectric element is connected via a low-resistance resistor, the current delivered by the piezoelectric element can be used as the electrical signal instead of the voltage.
Das Ermitteln des Ankerhubs erfolgt vorzugsweise mittels einer Kennlinie, welche die Abhängigkeit des Verhältnisses vom Ankerhub beschreibt. Eine solche Kennlinie kann in einfacher Weise aus theoretischen Betrachtungen oder aus empirischen Messungen erstellt werden.Determining the anchor stroke is preferably carried out by means of a characteristic which describes the dependence of the ratio of the armature stroke. Such a characteristic curve can be easily generated from theoretical considerations or from empirical measurements.
Nachdem der Ankerhub ermittelt wurde ist es bevorzugt, aus dem Ankerhub den piezoelektrischen Longitudinaleffekt des Nadelschließsensors zu ermitteln. After the armature stroke has been determined, it is preferable to determine the piezoelectric longitudinal effect of the needle closing sensor from the armature stroke.
Dieser Wert kann dann verwendet werden, um die Genauigkeit zu erhöhen, mit der ein Betriebsereignis des Kraftstoffinjektors aus einem Signal des Nadelschließsensors erkannt werden kann. Derartige Betriebsereignisse sind beispielsweise ein Beginn eines Öffnens des Schaltventils, eine Kraftüberhöhung beim Beginn des Öffnens des Schaltventils, ein Ende des Öffnens des Schaltventils, ein Druckverlust in einem Ventilraum des Kraftstoffinjektors bei geöffnetem Schaltventil, ein Kavitationsrauschen bei geöffnetem Schaltventil, ein Beginn eines Schließens des Schaltventils, ein Ende des Schließens des Schaltventils, eine Nadelumkehr eines Nadelventils des Kraftstoffinjektors, ein Drucküberschwinger im Ventilraum bei der Nadelumkehr, ein Ventilprellen des Nadelventils, eine Änderung des Drucks im Ventilraum während des Schließens der Ventilnadel des Nadelventils, eine Änderung des Drucks im Ventilraum zwischen den Zuständen geöffnetes und geschlossenes Schaltventil bei geöffneter Ventilnadel des Nadelventils und ein Nadelschließen des Nadelventils.This value may then be used to increase the accuracy with which an operating event of the fuel injector may be detected from a signal of the needle-closing sensor. Such operating events are, for example, a start of opening of the switching valve, a force increase at the start of the opening of the switching valve, an end of the opening of the switching valve, a pressure loss in a valve chamber of the fuel injector with the switching valve open, cavitation noise with the switching valve open, a start of closing the switching valve , an end of the closing of the switching valve, a needle reversal of a needle valve of the fuel injector, a pressure overshoot in the valve space at the needle reversal, a valve bouncing of the needle valve, a change in the pressure in the valve chamber during closing of the needle valve needle, a change in the pressure in the valve space between the States open and closed switching valve with open needle valve needle and needle closing the needle valve.
Das Ermitteln des piezoelektrischen Longitudinaleffekts erfolgt in einer Ausführungsform des Verfahrens, indem eine Abhängigkeit des Gesamtsignalabfalls von dem Ankerhub und von dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt ausgewertet wird. Ein Betrag des Quotienten aus dem Gesamtsignalabfall und dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt steigt mit steigendem Ankerhub an. Wenn der Ankerhub bekannt ist, kann also der piezoelektrische Longitudinaleffekt ermittelt werden. Hierzu kann die Abhängigkeit insbesondere als aus theoretischen Betrachtungen oder aus empirischen Messungen erstellte Kennlinie hinterlegt sein.In one embodiment of the method, the piezoelectric longitudinal effect is determined by evaluating a dependence of the total signal drop on the armature stroke and on the longitudinal piezoelectric effect. An amount of the quotient of the total signal drop and the piezoelectric longitudinal effect increases with increasing armature stroke. If the armature stroke is known, then the piezoelectric longitudinal effect can be determined. For this purpose, the dependency can in particular be stored as a characteristic curve created from theoretical considerations or from empirical measurements.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ermitteln des piezoelektrischen Longitudinaleffekts, indem eine Abhängigkeit des Signaleinbruchs von dem Ankerhub und von dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt ausgewertet wird. Ein Betrag des Quotienten aus dem Signaleinbruch und dem piezoelektrischen Longitudinaleffekt sinkt mit steigendem Ankerhub. Wenn der Ankerhub bekannt ist, kann also der piezoelektrische Longitudinaleffekt ermittelt werden. Hierzu kann die Abhängigkeit insbesondere als aus theoretischen Betrachtungen oder aus empirischen Messungen erstellte Kennlinie hinterlegt sein.In another embodiment of the method, the determination of the piezoelectric longitudinal effect takes place by evaluating a dependence of the signal dip on the armature stroke and on the piezoelectric longitudinal effect. An amount of the quotient of the signal collapse and the piezoelectric longitudinal effect decreases with increasing armature stroke. If the armature stroke is known, then the piezoelectric longitudinal effect can be determined. For this purpose, the dependency can in particular be stored as a characteristic curve created from theoretical considerations or from empirical measurements.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere dann, wenn es auf einem elektronischen Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Das Computerprogramm ermöglicht die einfache Implementierung des Verfahrens in einem vorhandenen Steuergerät, ohne daran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Ankerhub eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Nadelschließsensor zu ermitteln.The computer program is set up to perform each step of the method, in particular when it is performed on an electronic computing device or controller. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium. The computer program allows the simple implementation of the method in an existing control unit, without having to make structural changes. By loading the computer program on a conventional electronic control unit, the electronic control unit is obtained, which is adapted to determine an armature stroke of a fuel injector with a piezoelectric needle closing sensor.
Figurenlistelist of figures
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 ist eine Querschnittsdarstellung eines Kraftstoffinjektors, dessen Ankerhub mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt werden kann. -
2 zeigt einen Detailausschnitt aus dem Kraftstoffinjektors gemäß1 . -
3 zeigt in einem Diagramm die zeitlichen Verläufe von Spannungssignalen eines Nadelschließsensors des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 1 für unterschiedliche Ankerhübe. -
4 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit eines Gesamtsignalabfalls und eines Signaleinbruch vom Ankerhub in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
5 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit eines Verhältnisses des Gesamtsignalabfalls und des Signaleinbruch vom Ankerhub in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 is a cross-sectional view of a fuel injector whose armature stroke can be determined by a method according to an embodiment of the invention. -
2 shows a detail of the fuel injector according to1 , -
3 shows a diagram of the time courses of voltage signals of a needle closing sensor of the fuel injector of FIG. 1 for different armature strokes. -
4 shows in a diagram the dependence of a total signal drop and a signal drop from the armature stroke in one embodiment of the method according to the invention. -
5 shows in a diagram the dependence of a ratio of the total signal drop and the signal drop from the armature stroke in one embodiment of the method according to the invention.
Ausführungsbeispiel der ErfindungEmbodiment of the invention
Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung wird anhand eines Kraftstoffinjektors
Beim Betrieb des Kraftstoffinjektors
Gemäß
Das Schaltventil
Während der geschlossenen Phase der mit dem Ventilkolben
Da der Druck des Steuerraums
In
Das Verhältnis V ist also nicht vom piezoelektrischen Longitudinaleffekt d33 abhängig. Es ist in
Weiterhin sind auch die Abhängigkeit des Gesamtsignalabfalls G und des Signaleinbruchs S vom Ankerhub A gemäß
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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